Maya在航海学天文教学中的应用

黄跃华

Maya在航海学天文教学中的应用

黄跃华

（天津海运职业学院，天津 300350）

天文航海由于复杂性导致学生对理解掌握天文基础知识带来了障碍，运用Maya制作三维动画技术，可以创设情境，化无声为有声，化静为动，调动学习积极性。Maya软件在天文课件制作中有其优点、在教学应用中也存在亟待解决的问题。

Maya；三维动画课件；天文教学

天文航海由于设备简单可靠、观测目标不受人为控制、不发光和电波的隐蔽性等优点仍然作为船舶在大洋中航行中驾驶员应该掌握的重要定位方法之一。但天文航海由于复杂性导致学生对理解掌握天文基础知识带来了障碍，如何提高学生对天文的学习积极性，培养学生的创新能力，是目前面对的问题。

在传统天文教学中，主要教具是挂图、课本插图和投影以及一些二维的动画，由于不能看到天文事物在三维空间的运动变化，影响学习兴味。另外，户外天文观测活动更是难以开展，我国目前航海类院校均无教学天文台。

为了平衡教学内容的系统性和趣味性我们除了要在教学内容和模式方面精心组织，还可运用三维动画技术，创设情境，化无声为有声，化静为动，引起学生注意力，有助于学生观察、想象、综合分析以及处置效果才干的培育，促进学生思想向纵深开展。

一、Maya软件在天文课件制作中的优点介绍

1.粒子系统和动力学的强大展现

粒子系统已经成为当今动画软件的重要组成部分，它的丰富程度也就成为动画软件功能强弱的集中体现。Maya有着非常强大的粒子系统，它拥有许多完备的参数设置，而且我们还可以根据建模的形状任意地定义粒子的形态，这样很大程度上增强了粒子系统的灵活性和艺术表现力，而在以前的三维软件里是不可能这么随心所欲的。

Maya为实现上述种种效果提供了一个丰富的工具库，使得动画师可以简便地设置模型或粒子关系，来精确地模拟真实世界中存在的一些作用力，如摩擦、重力和风，而这在过去要花上几个小时的时间用关键帧的方法才能实现。

2.Maya的高级模块

Maya Artisan为动画师提供了创造性的控制方式，以及与传统艺术创作过程中所用到的画笔、雕塑用具同样直观的现代创作方式，来修改模型、选择控制点或指定簇的权重等。Maya F／X可以帮我们简便地生成复杂的粒子系统，使其与真实世界的物理运动原理相吻合，并与场景中其他模型协调作用。它提供了在设计真实世界时所必须的精确度，使得我们所求的每个精确数值皆不差分毫。

二、利用Maya制作天文课件流程

1.建立模型

建模主要包括天文场景的建立和天体的建立。建模是 Maya动画制作的基础。Maya中的模型全是由点、线、面所构成，因而动画模型的布线一定要合理、均匀，即线与线的距离要等长，线与线最好是平行的。天文中模型的建立相对比较简单，我们用普通的球体来代替各种天体即可，主要注意的是模型的比例要符合实际。例如：太阳的直径为139万千米，是地球的109倍，是月球的 倍，太阳的体积是地球的 万倍 。因此在构建模型时400130要考虑这些因素，给学生以直观的感受。如图1所示。

图1

2.添加材质

材质可以看成是材料和质感的结合。是表面各可视属性的结合，这些可视属性是指表面的色彩、纹理、光滑度、透明度、反射率、折射率、发光度等。有了这些属性，才能让我们识别三维中的模型是什么做成的，材质是反映真实世界的工具，它微妙并充满魅力。上一步中我们所作的模型只是雏型，是没有色彩的。我们必须根据实际的动画情节、模型的物质类型，以分析的眼光观察周围环境中与之相近的物质的颜色、光泽、是否产生了反射、折射，是否光滑，光滑的程度如何等特征，并将其转化为数字模式，。Maya提供了丰富的材质节点，只要细心的、耐心的去调节材质的各种参数就会得到我们需要的天文材质的特征。如图2中太阳的模型。

图2

3.添加贴图

贴图设计是整个天文动画制作的重要的一个环节，前面我们只是指定了模型属于哪种物质，而具体的一些特征很难通过材质来完成的。例如：体现出地球大陆与海洋等。要通过从Maya中导出物体原UV坐标，然后在Photoshop等绘图软件中绘制出来，再赋予该物体。注意在制作贴图时，要尽可能详细的描述出天体物体的表面特征与细节，比方说色彩的表现，明暗的表现。如图3所示的地球模型。

图3

4.灯光与摄像机的布置

因为任何一个场景都是有光线的。而不同的时间，不同的地点光线是有区别的，所以合理布置灯光是相当重要的。我们要根据知识点的不同，要阐述的内容不同，氛围的不同来选择不同类型的灯光，适当的设置灯光的强度，颜色、灯光的照射范围、是否产生阴影、阴影的颜色、光线是否衰减等来达到我们的教学目的。而往往场景中需用多个灯光的配合才行，一般设置主光，辅助光，和背景光。摄像机机位的设置也是关键，不同的摆放位置体现了不同的观察视角，例如当介绍地球自转与公转时摄像机的摆放方式明显不同。

5.动画

上述工作都做好后，就可以开始制作动画部分了。动画的本质就是动作的变化。动画的基础就是位置与时间的组合，也就是该快的快该慢的慢。例如：在周年视运动演示动画中，地球绕太阳在椭圆轨道上运动，并且在近日点与远日点运动速度不同。在 Maya中制作动画可以利用众多的元素来制作，例如模型位置的变化，模型动作的变化，灯光的变化，场景的变化等。在调节动画时一定要注意动画速度的处理（即动画物体变化的快慢），一般来说，在动画中完成一个变化过程要比真实世界中的变化过程短，这是动画速度处理的一个特点。另外，夸张也要适当的在动画中体现，如在天体周年视运动中如果完全按照实际的运行速度比例，学生很难观察得到，要调快地球在近日点与远日点的速度比例，是学生有深刻的理解。

6.总结

图4

到此，在 Maya中制作动画的过程基本完成。但动画是一项耐心的工作，不是一次就能完成的，往往我们在制作过程中需要反复的调试，哪一步不满意则需要返回到该步重新制作。当达到满意的效果后，接下来就是将动画渲染输出，把输出的文件进行后期合成了，然后链接到PPT课件中使用。如图4地球公转动画截图。

三、Maya在教学中应用亟待解决的问题

其一，虽然Maya的制作功能强大，但是三维动画在学校教学中的应用还处于很不成熟的阶段。对教学改革能有多大的帮助还没有定论；在教学中应用没有得到足够重视；制作三维动画课件的教师较为零散，不能达到集思广益和系统性地开发研究。

其二，制作三维动画过程相对复杂，需要花费较多时间，许多学校没有对教师进行Maya的技术培训，很多教师并不了解Maya。学校应加大用Maya制作电子课件的宣传力度，花点时间利用三维动画制作一些好的课件是非常必要和值得的，一定会在提高教学质量方面起到重要的作用。学校可以经常在校园开展Maya讲座，有针对性地向教师讲解Maya对教学有哪些帮助，并将能制作三维动画的教师组织起来建立学校的多媒体制作机构，共同研究出全新的教学电子课件，以适应现代教学工作的发展。

其三，在用三维动画制作电子课件时还应注意一些误区。在制作三维动画时不能够过于追求画面的华丽而偏离了教学目的，这样就有可能喧宾夺主而适得其反了。我们必须明确应用 Maya技术是为了让学生们能够更好地理解教学内容这一宗旨。

［1］尹武松.Maya应用从入门到精通［M］.北京：兵器工业出版社，2006.

［2］郭禹 航海学［M］.大连：大连海事大学出版社，2002.

Maya Software in Astronomy and Marine Science Teaching

HUANG Yue－hua

（Tianjin Maritime Vocational Institute，Tianjin300350 China）

This essay indicates that it is hard to understand and grasp the basic knowledge in Astronomy and Marine Science as the complexity of them.3D animation designed by Maya software can create vivid situations to motivate students＇learning interest.It introduces the advantages and disadvantages of Maya software in astronomy teaching.

Maya；three－dimensional animation courseware；astronomy teaching

TP319

A

1673－582X（2011）11－0090－03

2011－07－07

黄跃华（1980－），男，天津市人，天津海运职业学院航海技术系助教，主要研究航海学教学。